郭明尋求細胞物理形式與其生物學功能之間的聯系，這可以闡明阻止異常細胞生長的方法。

在中國熱帶雨林的高處，郭明開始探索單個細胞的影響。

作為中國清華大學的學生，郭正在研究植物細胞的機械特性。作為碩士論文的一部分，他提出了一個有趣的問題：細胞的物理完整性——它的大小、形狀、柔軟度或剛度——是否與一棵樹的長高有關？

為了尋找答案，郭走訪了云南省各地的森林，從的樹上收集葉子，有些樹高200英尺——太高了，郭自己無法爬上去。因此，他得到了大學攀巖俱樂部一名學生的幫助，該學生攀登樹木并沿其長度在不同高度取回樹葉。

在分析了每片葉子內的單個植物細胞后，郭觀察到了一種模式：葉子越高，細胞越小。而且，更有趣的是，單個細胞的大小或多或少可以預測一棵樹可以長多高。

這項早期的樹細胞工作在郭的腦海中清楚地表明了一件事：細胞的物理形式可以在整個生物體的發育中發揮作用。這一認識促使他研究植物細胞和動物細胞的細胞力學，看看細胞的物理特性可以揭示細胞、組織、器官和整個生物體的生長方式。

“人們在生物學和生物化學的背景下研究細胞，但細胞也只是你可以觸摸和感覺到的物理對象，”郭說。“就像我們建造房屋一樣，我們使用不同的材料來具有不同的特性。在形成組織和器官時，類似的規則必須適用于細胞。但實際上，人們對這個過程知之甚少。

他在細胞力學方面的工作使他進入麻省理工學院，在那里他近獲得了終身教職，并且是機械工程系的'54級職業發展副教授。

在麻省理工學院，郭和他的學生正在開發工具，以仔細戳戳和刺激細胞，并觀察它們的物理形式如何影響組織，生物體或癌癥等疾病的生長。他的研究在多個領域架起了橋梁，包括細胞生物學、物理學和機械工程，他正在努力應用細胞力學的見解來設計生物醫學應用的材料，例如阻止患病和癌細胞生長和擴散的療法。

“從長遠來看，麻省理工學院是一個完美的地方，”郭說。“這是跨學科的，總是非常鼓舞人心，通過與領域外的不同人互動，你會得到更多的想法。更有可能的是，你可以挖出一些有用的東西。

物理對象的本質

郭在石家莊長大，這個城市距離北京只有兩個小時的火車車程。他的父母都是工程師——他的父親在當地工廠工作，他的母親在一所職業學校建立了交通系統的教學模型。他的父母努力工作，像大多數工廠家庭一樣，他們沒有放學時照顧孩子的。

“在夏天，他們必須去上班，他們只會把我鎖在家里。我會把鑰匙扔到外面給別人開門，這樣我就可以和他們一起玩了，“郭回憶道。

他和他的朋友們會前往工廠附近的一棟住宅樓，整天爬山。

“我喜歡爬上矮小的建筑物和塔樓，看看它們的結構，”郭回憶道。“還有一條小河，我們試圖在那里捕魚。大多數家庭在年底沒有多少積蓄，也沒有在教育上花太多精力。但我記得小時候玩得很開心。

學校和科學在高中時更加成為人們關注的焦點，當時郭有機會拜訪一位在清華大學就讀的表弟。他記得自己特別被表弟書架上的一本關于橋梁結構力學的教科書所吸引。短暫的逗留激發了他申請這所大學——該國排名前兩位的學校之一。一旦被錄取，他就前往清華大學攻讀機械學位。

在短暫地涉足流體力學以及一個涉及人工血泵模擬的項目之后，郭決定轉向細胞力學，特別是植物細胞。受到顧問的啟發，他開始研究植物細胞的機械完整性如何影響樹木的生長高度。該項目發展成為碩士論文，郭文貴留在清華大學攻讀碩士。

“當我研究植物時，我意識到動物細胞也非常有趣，”郭說。“不同材料的性質，尤其是生物材料，以及如何將它們簡單地理解為物理對象，這讓我著迷。

“深遠的影響”

當他結束對樹細胞的工作時，郭閱讀了動物細胞研究，并被哈佛大學物理學家大衛·韋茨（David Weitz）的工作所吸引，他專門研究軟物質，包括活細胞的機械特性。Weitz的工作促使郭申請哈佛大學應用物理學研究生課程。

2007年，他來到劍橋校園——這是他次走出中國——在一片陌生的新環境中感到迷茫。

“我把一半的行李箱裝滿了拉面，周我只是吃拉面，因為我不知道在哪里吃，”郭回憶道。“我的一些課程也聽不懂任何東西，因為我在中國學到的英語類型并不是人們在這里實際說話的方式。

一段時間后，郭找到了自己的立足點，并在Weitz的實驗室投入工作，在那里他將博士論文集中在理解“非平衡行為”或單個細胞中的物理運動上，并研究產生這種運動的能量來自哪里。

“這項工作真的改變了我的方向，”郭說。“我知道我想做什么：繼續了解細胞力學 - 在器官和組織等多細胞系統中 - 如何影響一切。

2015年，他搬到麻省理工學院，在那里他接受了機械工程系的初級教師職位。在研究所，他圍繞開發新的工具和技術來更好地研究活細胞以及它們的物理和機械特性如何影響細胞的移動、反應、變形和功能，從而制定了自己的研究目標。

“在過去的幾年里，我們已經取得了一些重大的見解，如果你改變細胞的機械環境，如它們的剛度或含水量，這將對一些基本的生物化學產生重大影響，如轉錄和細胞信號傳導，這反過來又調節多細胞生長，”郭說。“因此，細胞力學可以對生物學產生非常深遠的影響。

除了他的研究，郭還喜歡教麻省理工學院的學生，近的一次是2.788（機械工程和生命系統設計），這門課挑戰學生應用細胞力學來設計新的系統和機器。在近的一堂課上，學生們一直在使用心肌細胞通過微流控芯片泵送液體。以前的課程放大了工廠內部的固有電壓，為小輪子提供動力。

“我有活力和快樂的時刻是與學生交談，”郭說。“他們經常給我驚喜或新想法，我喜歡和期待。

近年來，郭的研究和教學已經擴大到不僅考慮單細胞的機制，還考慮多細胞系統——他認為這一轉變歸功于女兒的到來。

“她出生于2016年，當時我的整個團隊都在研究單細胞，”郭說。“但看到她是如何發展的，我覺得理解這么復雜的東西會更有趣。因此，我們也開始致力于探索組織和胚胎等更復雜系統的力學和機械生物學。